順序控制設(shè)計(jì)法在PLC應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

曹麗蘋

(保定職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 保定 071002)

1 順序控制設(shè)計(jì)法

順序控制是工業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛的一種控制方式。如果一個(gè)控制系統(tǒng)可以分解成幾個(gè)獨(dú)立的控制動(dòng)作，且這些動(dòng)作必須嚴(yán)格按照一定的先后次序執(zhí)行才能保證生產(chǎn)過程的正常運(yùn)行，則該控制系統(tǒng)就是順序控制系統(tǒng)。

順序控制設(shè)計(jì)法可以很好地解決并發(fā)順序和選擇順序的程序設(shè)計(jì)問題。它按照生產(chǎn)工藝的順序要求，利用輸入信號的作用，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)或時(shí)間的順序，使多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按工序自動(dòng)進(jìn)行操作。

采用順控設(shè)計(jì)法時(shí)，首先根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程畫出順序功能圖，接著根據(jù)順序功能圖設(shè)計(jì)步進(jìn)梯形圖。順序功能圖，又稱狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖或功能表圖，是按照工藝流程進(jìn)行編程的圖形化的組態(tài)語言，主要應(yīng)用于工業(yè)過程控制上位策略組態(tài)程序的編寫。

2 順序控制設(shè)計(jì)法的編程步驟

順序控制設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的基本步驟：

(1)劃分步(狀態(tài))。根據(jù)輸出量的狀態(tài)變化劃分。步是特定狀態(tài)，每一步要完成一個(gè)或多個(gè)特定的動(dòng)作。步分為初始步和工作步。

(2)確定轉(zhuǎn)換條件。轉(zhuǎn)換條件能使系統(tǒng)從當(dāng)前步進(jìn)入下一步。轉(zhuǎn)換條件可以是按鈕、指令開關(guān)、限位開關(guān)的接通/斷開等外部輸入信號；也可以是如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器觸點(diǎn)的接通/斷開等PLC內(nèi)部產(chǎn)生的信號；還可以是若干個(gè)信號的邏輯組合。

(3)繪制順序功能圖。順序功能圖是順控設(shè)計(jì)法中最為關(guān)鍵的步驟。它反映設(shè)計(jì)者對系統(tǒng)控制要求和功能流程的理解。

(4)編寫步進(jìn)梯形圖。根據(jù)順序控制功能圖設(shè)計(jì)梯形圖的方法一般有3種：啟保停編程方法使用置位、復(fù)位指令的編程方法和步進(jìn)梯形指令編程方法。

步進(jìn)梯形指令編程方法使用專門的步進(jìn)順控指令和編程元件來編寫，不同PLC的步進(jìn)順控指令是不同的。

3 順序控制設(shè)計(jì)法應(yīng)用案例

3.1 明確控制要求，劃分工作階段

3.1.1 系統(tǒng)控制要求分析

設(shè)計(jì)一個(gè)化學(xué)液體原料混合攪拌控制系統(tǒng)，其功能如圖1所示。主要用于將兩種液體原料A和B按照一定的比例進(jìn)行充分混合。圖1中SL1、SL2、SL3為3個(gè)液位傳感器，當(dāng)液面達(dá)到相應(yīng)傳感器位置時(shí)送出ON信號，低于傳感器位置時(shí)送出OFF信號。A、B兩種液體原料的流入和混合原料C的流出分別由電磁閥YV1、YV2、YV3控制。M為攪拌電動(dòng)機(jī)。

圖1 化學(xué)液體原料混合裝置

3.1.2 劃分工作階段

由化學(xué)液體混合裝置的工作工程可知，在系統(tǒng)啟動(dòng)后，整個(gè)工作過程分成四個(gè)階段，即注入液體A、注入液體B、混合攪拌、釋放混合液體C。液位傳感器的狀態(tài)和定時(shí)器定時(shí)到作為步轉(zhuǎn)換的條件。

3.2 分配PLC的輸入、輸出端子，畫出PLC硬件原理圖

該系統(tǒng)信號輸入器件主要有啟動(dòng)按鈕和停止按鈕，3個(gè)液位開關(guān)，因此需要5個(gè)輸入點(diǎn)；被驅(qū)動(dòng)的設(shè)備主要有3個(gè)電磁閥門和控制攪拌電機(jī)的繼電器KA，需要4個(gè)輸出點(diǎn)。繼電器和電磁閥門的工作電源為DC+24V，PLC使用三菱FX2N-32MR進(jìn)行控制。輸入、輸出端子分配表如表1所示，PLC硬件原理圖如圖2所示。

表1 液體混合攪拌系統(tǒng)的PLC輸入、輸出端子分配表

圖2 液體混合攪拌系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)接線圖

3.3 繪制控制系統(tǒng)的順序功能圖

液體混合裝置的順序功能圖如圖3所示，圖中用了S0、S20-S24來表示6個(gè)工作步，M8002為系統(tǒng)初始化脈沖。

此流程可看作單周期操作和自動(dòng)操作兩種工作模式。在S24步出現(xiàn)了選擇分支，在此轉(zhuǎn)換條件中的M0用來記憶系統(tǒng)的啟停信號，M0斷開時(shí)表示系統(tǒng)處于運(yùn)行階段，流程圖從S24轉(zhuǎn)到S20；M0接通時(shí)表示系統(tǒng)將停止工作，流程圖從S24轉(zhuǎn)到S0，等待系統(tǒng)再次啟動(dòng)運(yùn)行。

圖3 液體混合攪拌系統(tǒng)的順序功能圖

3.4 設(shè)計(jì)梯形圖

采用步進(jìn)梯形指令編程的方法將上述順序功能圖轉(zhuǎn)化成梯形圖，如圖3所示。

4 結(jié)語

順序控制設(shè)計(jì)法實(shí)際上是用轉(zhuǎn)換條件控制代表各步的編程元件，讓它們的狀態(tài)按一定順序變化，然后用代表各步的編程元件去控制PLC的各輸出位。順序控制設(shè)計(jì)法可以很好地解決并發(fā)順序和選擇順序的程序設(shè)計(jì)問題。

圖4 采用STL指令設(shè)計(jì)的梯形圖